五里墩隧道浅埋粘土砂土小净距段快速施工技术

【摘 要】结合五里墩长大隧道的施工，围绕“上部弧形导坑预留核心土三台阶开挖平行流水作业法”，从施工方案、施工工艺及方法、地质预报、监控量测、施工组织与安全质量管理等方面总结形成了浅埋粘土砂土小净距段快速施工技术，为以后类似工程的施工提供了依据和借鉴。

【关键词】浅埋；粘土砂土；小净距；三台阶；地质预报；施工组织

1.工程概况

五里墩隧道是厦门至成都国家高速公路湖南境内汝城至郴州段的控制性工程之一，也是全线施工难度最大的隧道之一。隧道左线长2375m，右线长2380.5m，为双向四车道。该隧道进口侧长约150m洞段处于水田、林地区，地层岩性为第四系全新统、更新统时代粉质粘土、砂土，中夹较多石英砂岩、板岩角砾、圆砾和碎石，褐黄色，硬塑～软塑，中密～松散，埋深3～20m，属浅埋段，部分洞段属超浅埋段，洞口40m长度范围内为小净距段，净距16m。软弱不良地质洞段之长，在全线是独一无二的。施工难度大。

2.施工方案

遵循“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测” 的“浅埋暗挖”施工原则，确定施工方案为“超前物探结合钻探探水及不良地质、超前注浆堵水、预留核心土超短台阶人工开挖（局部辅以弱爆破）、初支加强、仰拱超前、二衬紧跟”。

3.施工工艺及施工方法

3.1 开挖技术

根据以往浅埋、软弱围岩隧道的施工经验、隧道断面大小及工期要求，确定采用“上部弧形导坑预留核心土三台阶开挖平行流水作业法”施工。

本方法的主要特点是：

1）适用于各种地质条件和地下水条件，根据围岩变化可通过调整循环进尺、支护参数、预留沉降量等措施，有效控制拱顶沉降、净空收敛。

2）通过合理划分台阶高度，简易钻孔台架搭、拆方便、快速，减少工序时间。

3）三台阶顺序施工，出碴、锚杆施作，钢拱架架立等工序可平行作业，及时支护，保证结构安全，同时减少循环作业时间。

4）施工工艺简单，施工投入少。

5）施工方法转换快，进度稳定，安全和工期有保障。

6）适合于各种断面形式。

3.2 超前地质预报

施工中坚持以地质雷达（有条件时可采用TSP203）预报为主、超前钻探结合掌子面素描为辅的预报方案，预报前方工程水文地质变化，并及时调整支护参数和施工方法，确保安全快速通过该洞段。

3.3 超前注浆

由于五里墩隧道地层岩性为第四系全新统、更新统时代粉质粘土、粘砂土，需格外注意防水、导水工作，避免地下水降低c、φ值等物理指标，破坏稳定。隧道防排水总体上遵循“防、排、截、堵相结合，因地制宜、综合治理”原则。除地表设置截水沟和常规的环向、纵向、横向盲管外，本洞段每2.0/2.4m进行一次超前注浆。注浆小导管钻孔从工作面最后一榀工字钢拱架中间穿过，打入小导管后，钢管尾部和工字钢架焊接成整体。对局部地下水发育段落除超前注浆外，还采用φ42径向注浆小导管局部补充注浆堵水，限量排放。

3.4 正常段开挖

为了减少对围岩的扰动，控制围岩变形，本洞段采用“上部弧形导坑预留核心土三台阶开挖法”施工。上部弧形导坑采用人工风镐开挖，必要时辅以弱爆破；上台阶长3m，核心土长度同上台阶长度，核心土距拱顶开挖面1.5m，坡脚距拱顶3.5m。阶高2.8m，长3m～5m，下台阶高2.8m。人工风镐、风钻配合挖掘机开挖，循环进尺控制在0.5～0.8m左右，基岩采用光面爆破、松动爆破。各部开挖后及时初喷3～5cm混凝土封闭掌子面，网喷、锚杆、钢架联合支护作业。上导坑拱脚、中下导坑墙角增设锁脚锚管，拱架拱脚下方垫槽钢。仰拱工作面距下断面5～10m，按每段5m开挖及时施作仰拱混凝土，使支护闭合成环。上、阶开挖后挖掘机将洞渣扒至下台阶，同时上导坑开始架立钢架，挖掘机座于阶配合ZL50C装载机装渣，北方奔驰车出渣。二次衬砌工作面距仰拱工作面20～30m。

施工注意事项：

1）在软弱围岩中，遵循隧道施工的“时空效应”，断面及时闭合是成功的关键。必需改变“重视上部支护、忽视断面闭合”的做法。具体的主要的方法如下：①、临时仰拱或底部横撑、②、加强基脚③、向底部地层注浆加固；④、设置底部锚杆；⑤、改变施工方法：如将全断面法该为超短台阶法、台阶法改为分部开挖法等。

五里墩隧道通过在阶底部设置工字钢临时仰拱有效抑制了变形的扩展。

2）各部开挖后及时封闭掌子面，网喷、系统小导管、工字钢架联合支护作业，初期支护先上后下，分部实施，然后连成整体形成一个承载体。

3）根据现场监控量测结果，适时调整支护参数、预留变形量。

4）加长锁脚锚管，以控制围岩变形。

5）施工中要做好临时排水措施，防止浸泡拱脚。

6）开挖时即加大预留变形量，并采取不均衡预留变形量技术。根据监控量测信息，及时调整。

3.5 施工期排水

本洞段为上坡施工，需设置临时排水沟排水。排水沟距拱脚不得小于0.5m，防止浸泡拱脚。设置专门的排水保障队，24h巡逻疏通两侧拱脚的临时排水沟，确保排水通畅。

3.6 仰拱施工

浅埋、软岩隧道施工须及时施作仰拱，以早日形成闭合环，对于稳定变形特别重要。加大仰拱厚度，增大仰拱曲率，也有利于改善受力状况。五里墩隧道通过监控量测发现一般仰拱施工1周后，围岩变形基本稳定。为了尽快使支护封闭成环，仰拱应紧跟掌子面施作。仰拱采用栈桥全幅开挖，避免了纵向施工缝，保证了仰拱的整体性，既对洞室结构稳定有利，同时也改善了洞内路况便于机械通行。全幅仰拱施工，将会成为隧道施工的一个趋势，也是根治隧道运营病害的关键。仰拱距掌子面控制在20～30m，仰拱每循环开挖长度不超过5m，混凝土整体浇注，一次成型。填充混凝土在仰拱混凝土终凝后浇筑，不得同时进行施工。仰拱施工缝和沉降缝作防水处理。

3.7 模筑混凝土衬砌

隧道为复合式衬砌。衬砌混凝土灌筑采用全断面液压钢模衬砌台车，一次施工长度12m。混凝土在洞外拌合站拌合，砼运输车运往洞内，输送泵灌注，机械振捣。灌注前做好钢筋的布设工作，按图纸规定预留沟、槽、管、洞及预埋构件。混凝土自模板台车窗口由1台输送泵左右对称、由下向上、分层浇筑。

4.施工组织与安全、质量管理

本洞段围岩破碎，地下水较发育，需要合理地进行工序安排、人员组织。为了尽量缩短各工序的衔接时间，加快施工进度，施工中要尽可能利用一切可以利用的时间，使各工序能平行或搭接施工；在人、机、料的使用上要科学计划，合理安排，使之发挥最大效率。

施工中健立健全了安全质量管理体系，制定了完善的安全、质量管理制度，落实了安全、质量责任制。项目部与各部门以及工区、工区与施工一线生产人员均签订了责任状，将安全、质量责任分解到每一个工序，并制定了严格的奖罚措施，加强了广大职工的责任心，也调动了大家的积极性。在整个施工期内，没有发生一起安全、质量事故。

5.结语

五里墩隧道采用“上部弧形导坑预留核心土三台阶开挖平行流水作业法”，结合超前物探、钻探等地质预报手段，充分发挥监控量测数据对施工的指导作用，加上科学合理的施工组织和完善、刚性的安全质量管理，在2个月左右的时间内，顺利完成该洞段施工，平均日进度2.5m，没有出现一起安全、质量事故，实现了安全、优质、快速施工。